- 高中物理必修三
高中物理必修三包括动量守恒定律及其应用，机械振动和机械波，分子动理论、热力学定律（选修3-5内容）。
相关例题：
题目：
在一次实验中，小明将一个质量为5kg的物体，以某一速度水平抛出，该物体与地面相碰后弹起，获得了20cm的竖直向上速度，之后物体以大小相同的初速度反弹，并在空中经过一段时间后落地。忽略空气阻力对物体运动的影响，g取10m/s²。
(a)求小球与地面碰撞过程中受到的平均冲力的大小和方向；
(b)为了减小小球与地面碰撞时损失的机械能，小明在物体上安装了一个由电动机驱动的小轮（小轮的运动可视为匀速转动），小轮半径为r=2cm，小轮与地面之间的摩擦力是物体重力的0.02倍。求电动机的输出功率。
解析：
(a)小球与地面碰撞过程中受到的平均冲力的大小和方向
由于小球在碰撞过程中只受到重力和地面的作用力，因此可以列出动量守恒方程：
mv0 = (m + m')v'
其中v0 是小球抛出时的速度，v' 是小球反弹后的速度。由于小球反弹后竖直向上的速度为20cm，因此可以求得小球抛出时的水平速度v0 = 2m/s。
由于碰撞过程中只有重力做功，因此机械能守恒，即：
mv0²/2 = (m + m')v'²/2 + mgh
其中gh 是小球反弹后的高度差，即20cm。代入数据可得：v' = 16m/s。
由于碰撞过程中只有重力做功，因此可以列出牛顿第二定律方程：
mg + F = m(v')²/r
其中F 是地面对小球的平均作用力。代入数据可得：F = 75N。方向竖直向下。
(b)为了减小小球与地面碰撞时损失的机械能，小明在物体上安装了一个由电动机驱动的小轮（小轮的运动可视为匀速转动），小轮半径为r=2cm，小轮与地面之间的摩擦力是物体重力的0.02倍。求电动机的输出功率。
由于小轮的运动可视为匀速转动，因此可以列出小轮的角速度方程：
ω = v'/r = 8rad/s
由于小轮与地面之间的摩擦力是物体重力的0.02倍，因此可以列出摩擦力方程：
f = 0.02mg = 1N
由于小轮的运动可以看作是匀速运动，因此可以列出电动机的输出功率方程：
P = fθ = 8W
其中θ是小轮的转动的角度。由于小轮的运动是匀速转动，因此θ是一个常数。代入数据可得电动机的输出功率为8W。
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